Grundorsaken till gasproduktion i litium-jonbatterier är i huvudsak resultatet av en serie oönskade kemiska och elektrokemiska bireaktioner i batteriet. Dessa reaktioner förbrukar de aktiva komponenterna i batteriet, stör stabiliteten i den inre strukturen och genererar gasformiga produkter. Detta leder inte bara till problem med prestandaförsämring som batteriutbuktning, kapacitetsminskning och förkortad cykellivslängd, utan i allvarliga fall kan det också orsaka säkerhetsrisker som batteriläckage, brand och till och med explosion. Baserat på den interna strukturen och arbetsprincipen för litium-jonbatterier kommer gasproduktion huvudsakligen från följande fem kärnaspekter, var och en sammankopplad och ofta ömsesidigt inducerande och förvärrar gasproduktionsfenomenet.
Först elektrolytnedbrytning
Elektrolyten, som kärnmedium för jontransport i ett litium-jonbatteri, består av organiska lösningsmedel, litiumsalter och tillsatser. Dess stabilitet påverkar direkt batterisäkerheten. I miljöer med hög-temperatur (över 60 grader) eller när felaktig spänning används (som överladdning eller laddningsspänning som överstiger det säkra intervallet), genomgår de organiska lösningsmedlen i elektrolyten oxidations- eller reduktionsreaktioner och sönderdelas, vilket bryter ner den ursprungliga molekylstrukturen. Denna process genererar en mängd olika gaser, främst koldioxid (CO₂), kolmonoxid (CO), metan (CH4) och eten (C₂H4). Bland dessa är CO och andra gaser giftiga, vilket ytterligare ökar säkerhetsriskerna.
För det andra är det skadan och återuppbyggnaden av SEI-filmen
SEI-filmen (solid electrolyte interface) på den negativa elektrodytan är en skyddande film som naturligt bildas under den första laddningen och urladdningen av ett litiumbatteri. Det förhindrar elektrolyten från att direkt reagera med det negativa elektrodmaterialet, vilket säkerställer normal batteridrift. Men när batteriet utsätts för överladdning, över-urladdning, höga temperaturer eller kraftiga vibrationer kan SEI-filmen brista. Vid denna tidpunkt kommer elektrolyten att reagera med det negativa elektrodmaterialet igen och försöka reparera den skadade SEI-filmen. Denna upprepade skada och reparationsprocess genererar kontinuerligt gaser, huvudsakligen inklusive väte (H₂), eten (C₂H4) och etan (C₂H6). Med tiden kan detta leda till att SEI-filmen förlorar sin skyddande funktion.
För det tredje finns det för hög fukthalt
Litium-jonbatterier har extremt höga krav på inre fukthalt. Även spårmängder vatten (ppm-nivå, dvs en del per miljon) kan utlösa allvarliga bireaktioner. Fukt reagerar med kärnlitiumsaltet i elektrolyten (såsom litiumhexafluorfosfat LiPF₆) för att producera starkt frätande fluorvätesyra (HF). HF skadar inte bara SEI-filmen utan utlöser också ytterligare en kedjereaktion av sidoreaktioner, inklusive elektrolytsönderdelning och elektrodmaterialkorrosion, som producerar gaser som väte (H₂), vätefluorid (HF), kolmonoxid (CO) och koldioxid (CO₂), samtidigt som de korroderar interna batterikomponenter.
För det fjärde finns det sidoreaktioner relaterade till katodmaterialet
Katodmaterialet är avgörande för energilagring och frigöring av litium-jonbatterier, särskilt hög-nickel ternära katodmaterial, som har relativt dålig strukturell stabilitet. Under överladdning eller höga-temperaturförhållanden kollapsar katodmaterialets kristallstruktur och frigör syre. Detta syre reagerar häftigt med elektrolyten, vilket ytterligare intensifierar elektrolytnedbrytningen och producerar stora mängder gas, främst syre (O₂) och koldioxid (CO₂). Syre påskyndar förbränningsreaktioner, vilket ökar risken för batteribrand.
För det femte, sidoreaktioner av anodmaterialet
Olika anodmaterial uppvisar olika gasgenereringsegenskaper. Nyare anodmaterial, såsom kiselanoder, upplever betydande volymförändringar under laddning och urladdning (expansionshastigheter kan överstiga 300%). Denna upprepade volymexpansion och sammandragning skadar kontinuerligt SEI-filmen, vilket leder till pågående sidoreaktioner och kontinuerlig gasgenerering. Traditionella grafitanoder, under över-urladdning eller höga-temperaturförhållanden, reagerar också med elektrolyten och genererar gaser som väte (H₂), eten (C₂H₄) och etan (C₂H₆), vilket påverkar batteriets prestanda och säkerhet.
om oss
Acey Intelligentär dedikerad till att leverera integrerade one-stop-lösningar för både halvautomatiska och helautomatiska monteringslinjer för litiumbatteripaket, som betjänar applikationer som energilagringssystem (ESS), obemannade flygfordon (UAV), e-cyklar, e-skotrar, elverktyg och två-/trehjulingar. Dessutom erbjuder företaget ett heltäckande utbud av monteringsutrustning för batteripaket, inklusive cellklassningsmaskiner, batterisorterare, applikatorer för isoleringspapper, CCD-inspektionssystem, manuella och automatiska punktsvetsare, BMS-testare, batteriomfattande testare och batteritestsystem.
